金納米顆粒鑲嵌的納米二氧化钛複合薄膜材料

　　自从1991年CMizel传授将纳米多孔的概念引入染料敏化宽禁带1102半导体研 究中，获得能量转换功效7.1%的染料敏化太阳能电池 （Dye - Sensitized Solar Cell， DSSC)以来，DSSC电池以其潜在的低成本、相对简单的制作工艺和技术、性能较稳定等优势 赢得了人们的广泛重视。通过20年的不懈努力，目前，DSSCs最高功效虽已达成12. 3%，但仍远低于DSSCs 的理论最高功效30%。作为电池的重要组成部分，DSSCs光阳极的首选半导体材料是锐钛 矿型的纳米晶二氧化钛，因此，对二氧化钛进行改性是提高电池功效的有效途径之一。将贵 金属的外表等离子体共振效应引入染料敏化太阳能电池以提高其光电特征的研究是近年 来该土地的研究热点问题。金纳米粒子镶嵌的纳米晶二氧化钛复合结构，可以调制导带能级，使之负移，在有 效克制电荷回传的同时能够使用外表等离子体效应增大染料的光吸收功效，进而实现电池 光电转换功效的大幅提高，而相关研究目前还没有报道。

本文要解决的技术问题是提供一种用于染料敏化太阳能电池的金纳米颗粒镶 嵌的纳米二氧化钛复合薄膜材料及其制备方法，使用该薄膜作为电极材料组装的染料敏化 太阳能电池的短路光电流、开路光电压及能量转化功效等参数与常规方法相比均有大幅提高。的确技术方案如下：            (1)金纳米粒子胶体的制备：在8. 4g4-氯甲基苯乙烯和14. 9g三苯基膦中进入50mL丙酮后，在氮气保护下 30~60°C搅拌约10~60h，过滤并用丙酮清洗后在真空条件下干亢12h，获得呈白色固体 状的季磷盐离子液体单体，接着将该离子液体单体连同0. 1~Ig乙二醇二甲基丙烯酸甲酯 和0. 001~0. 003g偶氮二异丁腈溶解在60~130mL甲醇中，50~80°C搅拌10~60h后， 先用丙酮沉淀，再分别用四氢呋喃和去离子水清洗过滤，真空条件下干亢12h后获得交联 聚合物，最后，将硼氢化钠快速进入由氯金酸与交联聚合物按质量比1:1~1:50混合而成 的去离子水溶液中（氯金酸的浓度为ImM)，搅拌至溶液颜色由橙色变为棕红色，获得均匀 粒径1~20nm的交联聚合物稳定的金纳米粒子胶体；

(2)纳米晶二氧化钛溶胶的制备：将14g异丙氧钛逐滴进入50mL去离子水中，室温下搅拌反应0. 5~5h使其充分 生成白色沉淀，将白色沉淀过滤后转移到圆底反应瓶中，缓慢滴加等当量的四甲基氢氧化 铵水溶液，在80~150°C油浴中强力搅拌反应1~10h，待自然冷却到室温，将反应获得的 白色胶体转移至压服爸内并定容为lOOmL，100~300°C的条件下水热处置6~24h并自然 冷却后，取出进行超声处置20min，获得乳白色的纳米晶二氧化钛溶胶；

(3)金/二氧化钛复合薄膜材料的制备：将步骤⑴获得的金纳米粒子胶体进入到步骤⑵获得的纳米晶二氧化钛溶胶中 并使二者充分混合均匀，接着通过旋涂或丝网印刷方法在清洗干净的导电玻璃上形成一层 溶胶薄膜，在400~550°C温度下放置约0. 5~10h，即可获得所述的金/二氧化钛复合薄 膜材料。

将本发明制备的金/二氧化钛薄膜作为电极材料，比照标准方法组装染料敏化太 阳能电池，在AML 5模拟太阳光下测试染料敏化太阳能电池的性能参数。测试结果表明经 金纳米粒子镶嵌后可以有效调制二氧化钛的导带能级位置，使之负移，金与二氧化钛界面 异质结能够有效克制电荷回传，同时金纳米粒子的外表等离子体效应能够增强染料吸收， 金/二氧化钛复合薄膜作为光电阳极能够通过金纳米粒子的外表等离子体效应增强染料 吸收而显著提高电池的短路光电流，能够通过调制导带能级并有效克制电荷回传而大幅提 高开路光电压。相比采用纯二氧化钛光阳极制备的染料敏化太阳能电池，金/二氧化钛光 阳极制备的染料敏化太阳能电池的能量转换功效有大幅度提高。